Делитель мощности

Авторы патента:

Говорухин Валерий Иванович (RU)

Рубанович Михаил Григорьевич (RU)

Сулайманов Рашид Темирханович (RU)

H01P5/12 - волноводные соединения, имеющие более чем два плеча (H01P 5/04 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2485641:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" ФГБОУ ВТО "НГТУ" (RU)

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах и системах, использующих мощность СВЧ. Технический результат заключается в улучшении развязки между выходными плечами и согласования по входу и выходам делителя мощности. Для этого заявленное устройство содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф длиной ℓ_ш1, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, при этом к каждому выходному плечу подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф длиной ℓ_ш2 также меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. 3 ил.

Известен многоканальный синфазный делитель мощности, содержащий разветвитель, к выходам плеч которого подключены балластные развязывающие резисторы, включенные звездой (Wilkinson E.J. An N - hybrid power divider // IRE Trans. on microwave theory and techniques. 1960. V. MTT-8, N1. p.116-118). За прошедшие более чем 50 лет это устройство многократно усовершенствовалось и составило основу большого числа авторских свидетельств и патентов. Делитель с сосредоточенными балластными резисторами может быть принят в качестве базового, поскольку его технические характеристики близки к идеальным (см. К.Я.Аубакиров, В.И.Говорухин, Л.Г.Плавский, М.Г.Рубанович. Двухканальный синфазный сумматор-делитель мощности с компенсацией паразитных параметров балластного резистора. Радиотехника №6, 2011, с.59-63). Будучи линейным и взаимным, делитель Уилкинсона может равноправно использоваться и в качестве сумматора мощности.

Известен делитель мощности (см. Устройство сложения мощности, авт. свид. СССР №1170534, H01P 5/12, БИ №28. 30.07.85), содержащий входные плечи, каждое из которых подключено к балластному резистору и к четвертьволновому отрезку линии передачи, при этом балластные резисторы соединены в звезду, а концы четвертьволновых отрезков линии передачи подключены к выходному плечу, отличающийся тем, что к общей точке балластных резисторов подключен короткозамкнутый четвертьволновый шлейф. Подавление четных гармоник суммируемых генераторов успешно выполняется на центральной частоте диапазона, для которой входное сопротивление четвертьволнового шлейфа бесконечно велико, и, следовательно, этот шлейф не влияет на работу устройства. При этом четные гармоники суммируемых генераторов закорачиваются на землю, поскольку для них длина шлейфа не четверть, а полуволновая, либо кратная ей, а входное сопротивление такого шлейфа равно нулю.

При работе на большом уровне мощности площади балластных резисторов в пленочном исполнении, как и их паразитные параметры, увеличиваются, что приводит к резкому ухудшению основных технических характеристик устройства - согласования по входам, развязки между ними, снижению коэффициента прямой передачи, росту потерь в балластных резисторах, смещению по частоте минимумов к_cтU и максимума развязки и др.

Известен многоканальный делитель мощности (см. авт. свид. СССР №849342, H01P 5/12, БИ №27. 25.07.81), содержащий разветвитель, к выходам плеч которого подключены развязывающие резисторы, включенные звездой, отличающийся тем, что к входу и к каждому из выходов плеч разветвителя подключены короткозамкнутые шлейфы, а в каждое плечо разветвителя включен конденсатор, причем емкость конденсатора и длина каждого из короткозамкнутых шлейфов определяются соответственно из соотношений

; ,

где N - число плеч;

f₀ - центральная частота рабочего диапазона;

R₀ - выходное сопротивление каждого плеча делителя;

λ₀ - длина волны в делителе мощности;

ρ - волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа.

Уменьшение потерь и сокращение габаритов устройства достигается эквивалентной заменой четвертьволновых трансформирующих отрезков линии передачи разветвителя П-образными полураспределенными звеньями, составленными из двух короткозамкнутых шлейфов в параллельных ветвях и сосредоточенной емкости в последовательной ветви каждого П-звена. Однако выбор элементов П-звеньев по приведенным соотношениям не позволяет скомпенсировать ухудшение технических характеристик устройства большой мощности с увеличенной площадью балластных резисторов в пленочном исполнении. Как и в предыдущем случае, достижение высоких значений указанных характеристик не может быть реализовано в данном устройстве.

Кроме того, известен делитель мощности (см. авт. свид. СССР №1798840, H01P 5/12, БИ №8. 28.02.93), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, при этом между выходными плечами включены балластные резисторы, соединенные в звезду и к общей точке которых подключен шлейф, короткозамкнутый и заземленный на конце, при этом балластные резисторы выполнены в виде отрезков линии передачи с потерями, длина шлейфа выбрана меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, а его входное сопротивление выбрано из соотношений:

;

где Z_c, L - волновое сопротивление и длина отрезка линии передачи с потерями;

γ - постоянная распространения в линии с потерями;

Z_m, ℓ_ш - волновое сопротивление и длина шлейфа.

В прототипе увеличение рабочей мощности устройства достигается подключением к общей точке соединенных в звезду балластных резисторов короткозамкнутого и заземленного на конце шлейфа с длиной меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Этот шлейф компенсирует паразитные параметры балластных резисторов и улучшает основные технические характеристики делителя мощности: согласование по входу и выходам, развязку между ними, увеличивает коэффициент прямой передачи и, как следствие, рабочую мощность на выходах. Однако, несмотря на существенное улучшение указанных технических характеристик, их значения недостаточно высоки, что, в первую очередь, касается развязки между выходами делителя, то есть обеспечения их независимой работы при различных условиях нагрузки и эксплуатации, и параметров согласования по входу и выходам устройства.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение развязки между выходными плечами и согласования по входу и выходам делителя мощности.

Поставленная задача достигается тем, что в делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены соединенные в звезду балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями, и к общей точке которых подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф, длина которого ℓ_ш1 меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, к каждому выходному плечу подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф с длиной ℓ_ш2, также меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона.

На фиг.1 приведена схема электрическая принципиальная предлагаемого делителя мощности на n каналов, на фиг.2 - схема электрическая принципиальная предлагаемого делителя мощности на 2 канала, на фиг.3 - частотные зависимости параметров предлагаемого делителя мощности на 2 канала.

Делитель мощности (фиг.1) содержит входное плечо 1, подсоединенное через четвертьволновые отрезки линии передачи 2 к выходным плечам 3, к каждому из которых подключен корректирующий шлейф 4, короткозамкнутый и заземленный на конце с длиной, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, и балластный резистор 5, выполненный в виде отрезка линии передачи с потерями, все балластные резисторы соединены в звезду, и к их общей точке подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф 6 с длиной, также меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Выходные плечи 3 делителя нагружены на сопротивления нагрузки 7.

Делитель мощности (фиг.1) работает следующим образом. При поступлении входного СВЧ сигнала на входное плечо 1 его мощность равномерно распределяется через одинаковые четвертьволновые отрезки линии передачи 2 по всем выходным плечам 3, так что при одинаковых и согласованных сопротивлениях нагрузки 7 эти мощности на всех выходных плечах 3 равны по величине и синфазны. Для случая минимальной площади балластных резисторов делитель мощности представляет собой симметричный многополюсник и на центральной частоте является полностью согласованным, а его выходы развязаны практически идеально. В устройствах большой мощности оказывается необходимым использовать балластные резисторы с большой площадью для рассеяния значительной мощности в случае рассогласования или выхода из строя одной из нагрузок. Технические характеристики таких делителей мощности значительно ухудшаются, а, следовательно, для обеспечения их работоспособности необходимо скорректировать влияние эффекта, связанного с использованием балластных резисторов с большой площадью. Это частично реализовано в устройстве-прототипе за счет подключения к общей точке включенных в звезду балластных резисторов короткозамкнутого и заземленного на конце шлейфа 6. В предлагаемом устройстве введены дополнительные шлейфы 4, подключенные к выходным плечам параллельно сопротивлениям нагрузки 7, а это обеспечивает не только существенное улучшение развязки между выходными плечами и согласование по входу и выходам делителя мощности, но и приближение их к базовому, то есть идеализированному варианту устройства.

Результаты моделирования двухканального делителя мощности для базового делителя и делителя мощности - прототипа приведены в указанной выше работе (К.Я.Аубакиров, В.И.Говорухин, Л.Г.Плавский, М.Г.Рубанович. Двухканальный синфазный сумматор-делитель мощности с компенсацией паразитных параметров балластного резистора. Радиотехника №6, 2011, с.59-63). Частотные зависимости характеристик предлагаемого делителя мощности в двухканальном исполнении (фиг.2) представлены на фиг.3. Сравнение их с соответствующими зависимостями для базового делителя и делителя мощности - прототипа показывает, что подключение к каждому выходному плечу делителя мощности (фиг.2) короткозамкнутого и заземленного на конце шлейфа длиной ℓ_ш2, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, обеспечивает то, что:

- симметрия зависимостей для предлагаемого делителя мощности улучшилась по сравнению с делителем мощности - прототипом и практически близка к таковой для базового делителя;

- параметр S₁₂=-61.4 дБ, характеризующий развязку между выходами устройства, увеличился на 26.67 дБ по сравнению с делителем мощности - прототипом и всего лишь на 0.14 дБ уступает базовому делителю;

- коэффициенты стоячей волны напряжения: по входу K_стU0=1.05 на частоте 965 мГц, по выходу K_стU1,2=1.004 близки к соответствующим значениям для базового делителя;

- коэффициент прямой передачи S₁₀=S₂₀=-3.194, то есть повысился на 4.2% по сравнению с делителем мощности - прототипом;

Таким образом, подключение к каждому выходному плечу делителя мощности короткозамкнутого и заземленного на конце шлейфа длиной ℓ_ш2, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, существенно улучшило развязку между выходными плечами и согласование по входу и его выходам.

Делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф длиной ℓ_ш1, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, отличающийся тем, что к каждому выходному плечу подключен короткозамкнутый и заземленный на конце шлейф длиной ℓ_ш2, также меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона.

Изобретение относится к области сверхвысокочастотных полупроводниковых усилителей. .

Делитель мощности // 2472259

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, в качестве схем сложения транзисторных усилителей мощности, используемых в предварительных и оконечных каскадах.

Плоская решетка антенн дифракционного излучения и делитель мощности, используемый в ней // 2449435

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в РЛС и системах связи, преимущественно в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. .

Многоканальный делитель мощности // 2396645

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, например, для формирования амплитудно-фазового распределения в приемопередающих активных фазированных антенных решетках.

Полосковый делитель мощности // 2392702

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано для устройств распределения сигналов между линиями передачи с Т волной в сантиметровом диапазоне длин волн.

Многоканальный волноводный делитель мощности // 2348091

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многоканальным волноводным делителям мощности, и может быть использовано при создании многоканальных супергетеродинных приемников преимущественно миллиметрового диапазона длин волн и в СВЧ-измерительной технике.

Полосковый двухканальный делитель // 2324266

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в суммарно-разделительных полосковых устройствах для передачи мощности сигнала в широкой полосе рабочих частот.

Волноводно-щелевая антенная решетка и делитель мощности, используемый в ней // 2321112

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в РЛС. .

Волноводная распределительная система // 2310257

Изобретение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в волноводной СВЧ-измерительной и антенной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток.

Управляемый делитель мощности // 2258280

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот (СВЧ) и может использоваться в системах, требующих управляемого распределения СВЧ мощности между двумя нагрузками.

Импульсный трансформатор на неоднородной линии // 2542755

Изобретение относится к электротехнике, к импульсным трансформаторам. Технический результат состоит в повышении импульсного входного напряжения. Трансформатор включает радиальную линию с радиусом R, состоящую из плоских проводящих дисков с зазором h между ними, в который помещен диэлектрик с проницаемостью ε. Внешний периметр радиальной линии является входом трансформатора с импедансом ρR со значением В центре верхнего проводящего диска выполнено отверстие с радиусом r, внутренний периметр которого является выходом трансформатора. К входу трансформатора равномерно присоединены n электродов подключения с интервалом Δl между краями соседних электродов, причем их количество соответствует значению где Δx - ширина электродов подключения, при этом одновременно значение интервала Δl соответствует условию где с - скорость света в вакууме; τ - длительность фронта нарастания входных импульсов напряжения. Точность синхронизации Δt подачи входных импульсов напряжения соответствует условию Δt<±τ/2. Коэффициент трансформации k равен значению причем где ρвх - импеданс на входе трансформатора; ρвых - импеданс на выходе трансформатора, и удовлетворяет условию где Т - длительность трансформируемого импульса. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Малогабаритное устройство усиления мощности // 2546060

Изобретение относится к малогабаритному устройству усиления мощности. Технический результат состоит в эффективном комбинировании элементарных усилителей в ячейке активной антенны. Для этого малогабаритное устройство усиления, содержащее, по меньшей мере, одну площадку, параллельную плоскости XY, и, по меньшей мере, два усилительных модуля (41а, 41b), установленных на площадке, при этом каждый усилительный модуль (41а, 41b) содержит усилительный элемент (11а, 11b), входной соединительный волновод (12а, 12b) и выходной соединительный волновод (13а, 13b), ориентированные в одинаковом направлении Х, соответствующем продольному направлению распространения, при этом усилительный элемент (11а, 11b) имеет входную и выходную ось (18а, 18b), ориентированную в направлении Y, перпендикулярном к направлению распространения Х. Устройство характеризуется тем, что входные соединительные волноводы (12а, 12b) двух усилительных модулей (41а, 41b) являются различными, имеют разные длины (La1, Lb1) и установлены параллельно друг другу, выходные соединительные волноводы (13а, 13b) двух усилительных модулей (41а, 41b) являются различными, имеют разные длины (La2, Lb2) и установлены параллельно друг другу, при этом сумма длин (La1+La2, Lb1+Lb2) входных и выходных волноводов одного усилительного модуля является одинаковой для каждого усилительного модуля: La1+La2=Lb1+Lb2. 11 з.п. ф-лы, 20 ил.

Возбудитель волны н01 // 2557474

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к волноводной и антенной технике, и может быть использовано в качестве устройства в длинных магистральных волноводных линиях связи. Техническим результатом заявляемого возбудителя волны H01 является его конструктивное упрощение при одновременном улучшении его технических характеристик. Для этого возбудитель волны H01 состоит из Е-плоскостного Т-образного разветвления 1, боковые плечи 2 которого изогнуты в Е-плоскости по окружности, центр которой совпадает с осью отрезка круглого волновода 3. Каждое из боковых плеч 2 Е-плоскостного Т-образного разветвления 1 соединено с отрезком круглого волновода 3 через прямоугольные волноводы 4, расположенные с шагом λв. С одного конца отрезка круглого волновода 3 установлен короткозамыкатель 5. В отрезок круглого волновода 3 установлен модовый фильтр 6. Размеры узких стенок прямоугольных волноводов 4 выбраны из условия равноамплитудного возбуждения элементов питания отрезка круглого волновода 3. Для данной реализации возбудителя волны H01: b1=1.2b, b2=b, где b - размер узкой стенки бокового плеча 2 Е-плоскостного Т-образного разветвления 1. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Делитель мощности // 2559711

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах и системах, использующих мощность СВЧ. Технический результат состоит в улучшении развязки между выходными плечами и увеличении коэффициента прямой передачи делителя мощности. Для этого предложен делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф, длиной, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, при этом к входному плечу подключен разомкнутый шлейф длиной также меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. 3 ил.

Волноводное е-плоскостное т-образное разветвление // 2567875

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным элементам, и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ измерительной технике. Техническим результатом заявляемого волноводного Е-плоскостного Т-образного разветвления является его конструктивное упрощение при одновременном сохранении технических характеристик. Для этого волноводное Е-плоскостное Т-образное разветвление состоит из входного волновода (1) прямоугольного сечения, в который дополнительно введен 90° уголковый изгиб (2) в Н-плоскости, внутренняя стенка которого совпадает со второй широкой стенкой прямоугольного волновода (1), образующего боковые плечи (3). Элемент (4) согласования, выполненный в виде прямоугольной призмы, расположен в плоскости симметрии волноводного Е-плоскостного Т-образного разветвления, при этом одна из его граней совпадет со второй широкой стенкой прямоугольного волновода (1), образующего два боковых плеча (3). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Вч генератор // 2601181

Изобретение относится к высокочастотному (ВЧ) генератору. Технический результат изобретения заключается в создании устройства, генерирующего и направляющего ВЧ мощность. ВЧ генератор содержит полый проводник с проводящей стенкой. При этом стенка имеет первую щель, над которой размещен первый твердотельный переключатель, чтобы прикладывать высокочастотное электрическое напряжение над первой щелью. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Радиочастотный сумматор мощности, функционирующий как фильтр высших гармоник // 2615049

Изобретение относится к конструкции фильтра высших гармоник, в частности к радиочастотному сумматору мощности, функционирующему как фильтр высших гармоник. Устройство содержит, по меньшей мере, одну пару установленных соосно металлических проводников в форме диска, по меньшей мере, один из которых имеет центральное осевое отверстие для размещения волновода. Обращенные друг к другу поверхности металлических проводников в форме диска симметричны относительно плоскости симметрии этих проводников с созданием множества следующих друг за другом радиально сообщающихся концентрических полостей, имеющих форму равнобедренного трапецоида с различными основаниями в сечении. Меньшее основание каждого трапецоида расположено ближе к центральной оси. Количество концентрических полостей составляет (2k+1), где k - число фильтруемых гармоник сигнала. Все концентрические полости упомянутого множества полостей имеют одинаковую радиальную длину и разный угол у основания трапецоида, который зависит от волнового импеданса сегмента радиальной линии передачи, созданной каждой из концентрических полостей. Радиочастотный сумматор мощности содержит множество рупорных антенн, установленных равномерно по периферии металлических проводников в форме диска. Внешняя сторона каждой рупорной антенны выполнена с возможностью соединения с радиочастотным модулем, который является источником радиочастотного сигнала. Технический результат заключается в увеличении эффективности усиления. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Сверхширокополосный микрополосковый делитель мощности // 2621887

Изобретение относится к устройствам сверхвысокочастотной техники (СВЧ) и может быть применено в области радиолокации, радионавигации. Сверхширокополосный микрополосковый делитель мощности содержит прямоугольный металлический корпус и крышку, микрополосковые линии, развязывающие резисторы, две платы с топологическим рисунком подводящих линий, плату с нанесенным на одной стороне топологическим рисунком делителя мощности, которая содержит входное и два выходных плеча. Входное плечо топологического рисунка делителя мощности соединено с входами первой пары отрезков микрополосковых линий через резистивно-емкостной входной разделитель. Выходные плечи, выполненные в виде радиальных поворотов, соединены с выходами шестой пары отрезков микрополосковых линий. Внутренний проводник входного коаксиального разъема соединен с входным плечом топологического рисунка делителя мощности через внутренний проводник гермоввода при помощи пайки. Выходные плечи топологического рисунка делителя мощности при помощи разварочной фольги соединены с топологическим рисунком подводящих линий, которые через внутренний проводник гермоввода соединены с внутренним проводником выходных коаксиальных разъемов. Изобретение обеспечивает расширение диапазона рабочих частот в сторону СВЧ. 7 ил.

Плата деления и суммирования // 2632262

Изобретение относится к области радиосвязи и техники СВЧ и предназначено для работы в составе антенных решеток и систем, количество каналов которых кратно трем. Предложена плата деления и суммирования, характеризующаяся тем, что содержит общий канал, вынесенный на обратную сторону платы через сквозное отверстие, и три канала, разнесенных на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенных микрополосковыми линиями с резисторами. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности использования платы деления и суммирования за счет обеспечения возможности равноамплитудного и синфазного деления мощности сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один при обеспечении гальванической развязки всех каналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Радиочастотный объединитель мощности // 2636265

Изобретение относится к области мощных микроволновых генераторов и может использоваться при создании схем объединителей/делителей мощности. Устройство для объединения радиочастотной мощности содержит волновод 1, выполненный, например, прямоугольным, центральный цилиндрический проводник (2) со средней частью (3), имеющей увеличенный радиус, индуктивные петли связи (4) для ввода радиочастотной мощности от источников (5) в резонатор, размещенные в максимуме амплитуды магнитного поля, подвижный элемент (6) вывода объединенной радиочастотной мощности, выполненный в форме петли связи и закрепленный на осевом центральном цилиндрическом проводнике. Технический результат заключается в обеспечении высокой стабильности частоты и фазы объединяемой радиочастотной мощности и компактности конструкции. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.